Arbeitsspielaufgelöster Turbinenwirkungsgrad in Stoß- und Stauaufladung

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Wiedemann, seit 3/2020
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 395778707

Der Arbeitsprozess von Verbrennungsmotoren induziert eine pulsierende Abgasströmung. Dies wirkt sich auf den dicht hinter den Auslassventilen sitzenden Turbolader aus. Die Pulsation betrifft alle relevanten Größen am Turbineneintritt, also Druck, Massenstrom und Temperatur. Turbinen werden zumeist aufgrund stationär vermessener Kennfelder ausgelegt. Eine echte Optimierung erfolgt erst am Motor und erfordert viele Varianten. Detaillierte, experimentell basierte Modelle pulsierender Turbinen, die die Auslegung unterstützen, gibt es mangels Kenntnissen der tatsächlichen Strömungszustände in der Turbine nicht. Dies liegt insbesondere an fehlender Messtechnik zur Charakterisierung der pulsierenden Strömung. Simulationen sind auf Grund der hohen Aufwendungen und dem Bedarf an vollständigen CAD-Daten nur bedingt eine Alternative zum Versuch. Im Rahmen des Projekts werden Verfahren zur Charakterisierung der motortypischen Strömung durch eine Turboladerturbine untersucht. Dazu wird ein neues Messkonzept an einem Heissgasprüfstand aufgebaut und auf verschiedene Weise validiert (realer und virtueller Temperatursensor, elektrische Turbinenbremse, CFD). Darüber hinaus werden die Untersuchungen durch Analogien mit Motorprüfstandsversuchen und deren 1D-Motorprozesssimulationen abgeglichen. Ein Kern der Forschung liegt in der Bestimmung der transienten Werte für: Massenstrom, Drehmoment (Turbinenleistung) und der Eintrittstemperatur. Mit diesen Daten und bei Berücksichtigung von Transporttermen ist die Bestimmung des transienten Wirkungsgrads möglich. Dies lässt neue Möglichkeiten zur Bewertung des Arbeitsverhaltens einer Turbine zu. Die Kenntnisse und Methoden sollen für zwei unterschiedliche Turbinentypen eines Turboladers angewendet werden. Ziel des Projekts sind neue Beschreibungsmöglichkeiten der pulsierenden Turbinenströmung von Abgasturboladern, die neuartige, tiefe Einblicke in die Thermodynamik der Abgasströmung durch einen Turbolader und damit eine optimierte Auslegung erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Roland Baar, bis 3/2020 (†)